ألياف معدنية

الألياف المعدنية هي ألياف مصنعة تتكون من معدن ، أو سبائك معدنية ، أو معدن مطلي بالبلاستيك ، أو بلاستيك مطلي بالمعدن، أو لب مغطى بالكامل بالمعدن. ^{[ 1 ]}

استُخدمت ألياف الذهب والفضة منذ القدم كخيوط لتزيين الأقمشة، وذلك لأنها نشأت في تطبيقات النسيج والملابس. وفي الآونة الأخيرة، حلت خيوط الألومنيوم وخيوط البلاستيك المطلية بالألومنيوم وخيوط النايلون المطلية بالألومنيوم محل الذهب والفضة.

تُقدّم صناعة الألياف المعدنية اليوم بشكل رئيسي أليافاً مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ ^{والنيكل} والتيتانيوم والنحاس والألومنيوم لتطبيقات متنوعة. ^{[ 2} ] ويمكن طلاء الخيوط المعدنية بأغشية شفافة للحد من التشويه .

توجد طرق عديدة لتصنيع الألياف المعدنية، ولكل منها مزاياها وعيوبها. تشمل الطرق الأكثر شيوعًا قص الألياف من مخزون أكبر، ^{[ 3 ]} والصب المباشر من المعدن المنصهر، وزراعة الألياف حول بذرة. كما يمكن نسج أو تشبيك ألياف متعددة لتشكيل خيوط أكبر.

استُخدم الذهب والفضة منذ القدم كزينة في ملابس ومنسوجات الملوك والقادة والنبلاء وغيرهم من ذوي المكانة الرفيعة. ويمكن العثور على العديد من هذه المنسوجات الأنيقة في متاحف حول العالم. ^{[ 4 ]} تاريخيًا، كان الخيط المعدني يُصنع بلف شريط معدني حول لب من الألياف (قطن أو حرير)، غالبًا بطريقة تُظهر لون لب الألياف لتعزيز المظهر الجمالي للزخرفة. ^{[ 5 ]} تُعرف المنسوجات والملابس القديمة المنسوجة من خيوط ذهبية كليًا أو جزئيًا باسم " قماش الذهب" . وقد نُسجت على أنوال بيزنطية من القرن السابع إلى القرن التاسع، وبعد ذلك في صقلية وقبرص ولوكا والبندقية . ^{[ 6 ]} ازدهر النسيج أيضًا في القرن الثاني عشر خلال عهد جنكيز خان، عندما ازدهر الفن والتجارة تحت الحكم المغولي في الصين وبعض مناطق الشرق الأوسط. ^{[ 7 ]} أنتجت شركة دوبيكموم أول ألياف معدنية حديثة في عام 1946. ^{[ 4 ]}

خلال أوائل الستينيات، أجرت شركة برونزويك برنامجًا بحثيًا لتطوير عملية مجدية اقتصاديًا لتشكيل الخيوط المعدنية. وبدأت الشركة بإنتاج هذه الخيوط في مصنع تجريبي على نطاق المختبر. وبحلول عام ١٩٦٤، كانت برونزويك تنتج أليافًا معدنية دقيقة يصل حجمها إلى ١  ميكرومتر من الفولاذ المقاوم للصدأ ٣٠٤. وفي عام ١٩٦٦، بدأ أول مصنع إنتاج واسع النطاق لها في الولايات المتحدة. واليوم، تُنتج الألياف المعدنية على نطاق واسع وتُستخدم في مختلف أنواع التقنيات. وبفضل تطبيقاتها المتعددة، يُعد هذا القطاع ناضجًا. ^{[ ٣ ]}

في الماضي، كان الألومنيوم غالبًا ما يُستخدم كأساس للألياف المعدنية. أما في الآونة الأخيرة، فقد أصبح الفولاذ المقاوم للصدأ المعدن السائد في صناعة الألياف المعدنية. وبحسب نوع السبيكة، تُضفي الألياف المعدنية على الخيوط خصائص تسمح باستخدامها في تطبيقات تقنية متقدمة ^{[ 8 ] [ 2 ] [ 4 ]} .

تتوفر الألياف المعدنية بأشكال وأقطار مختلفة. وبشكل عام، يقدم هذا القطاع أليافاً معدنية بأقطار تتراوح من 100 ميكرومتر إلى 1 ميكرومتر.  

توجد الألياف المعدنية في كل من الألياف الطويلة والمتصلة وكذلك الألياف القصيرة (بنسبة طول إلى قطر أقل من 100).

بالمقارنة مع أنواع الألياف الأخرى، مثل ألياف الكربون والزجاج والأراميد والألياف الطبيعية، تتميز الألياف المعدنية بمقاومة كهربائية منخفضة . وهذا يجعلها مناسبة لأي تطبيق يتطلب توصيلًا كهربائيًا. كما أنها تقاوم درجات الحرارة القصوى بشكل جيد. وتُكتسب مقاومتها للتآكل من خلال استخدام سبائك عالية الجودة في الفولاذ المقاوم للصدأ أو معادن أخرى. تشمل الخصائص الميكانيكية الأخرى المفيدة للألياف المعدنية: مقاومة عالية للإجهاد عند الكسر، وليونة ، ومقاومة للصدمات ، ومقاومة للحريق، وعزل صوتي . ^{[ 3 ]}

تتميز هياكل ومنتجات الألياف المعدنية المتلبدة بخصائص مسامية عالية ، مع الحفاظ على قوتها ومتانتها الهيكلية. وهذا يفيد وظيفة وبنية تطبيقات محددة مثل الترشيح أو الأقطاب الكهربائية . ^{[ 3 ]}

يساعد طلاء الخيوط المعدنية على تقليل التشويه. وعند استخدام مواد لاصقة وأغشية مناسبة، فإنها لا تتأثر بالماء المالح أو الماء المعالج بالكلور (مثل الموجود في حمامات السباحة) أو الظروف المناخية.

توجد عدة عمليات يمكن استخدامها لتصنيع الألياف المعدنية.

تُعرف التقنية الأكثر شيوعًا باسم سحب الحزم. حيث تُجمع آلاف الخيوط معًا في سلك مركب ، وهو عبارة عن أنبوب يُسحب عبر قالب لتقليل قطره. يُذاب الأنبوب المُغطي لاحقًا في حمض ، مما ينتج عنه ألياف معدنية متصلة. يُسحب هذا السلك المركب حتى الوصول إلى القطر المطلوب للخيوط الفردية داخل الحزمة. تتيح تقنية سحب الحزم إنتاج حزم ألياف معدنية متصلة بأطوال تصل إلى عدة كيلومترات. وبسبب طبيعة العملية، يكون المقطع العرضي للألياف ثماني الأضلاع. وللحصول على ألياف عالية الجودة، يمكن ضبط هذه التقنية بدقة، مما ينتج عنه ألياف متجانسة ورقيقة جدًا ذات تباين ضيق جدًا في القطر المكافئ. وقد سمحت التطورات الخاصة التي حدثت خلال العامين الماضيين باستخدام هذه التقنية لإنتاج ألياف بأقطار صغيرة تصل إلى 200 نانومتر وما دون. ^{[ 3 ]} 

في عملية التغليف ، تُغلّف طبقة من الألومنيوم بين طبقتين من الأسيتات أو البوليستر . ثم تُقطع هذه الألياف إلى شرائح طولية لتُستخدم كخيوط وتُلف على بكرات . وللحصول على اللون، يمكن تلوين المعدن وتغليفه بغشاء شفاف، أو تلوين المادة اللاصقة، أو تلوين الغشاء قبل التغليف. تتوفر العديد من التدرجات اللونية والتأثيرات المختلفة التي يمكن إنتاجها في الألياف المعدنية، مما يُتيح الحصول على مجموعة واسعة من الأشكال. ^{[ 4 ]}

بفضل تقنية الحلاقة بالرقائق المعدنية ، أصبح من الممكن إنتاج ألياف بأقطار تصل إلى 14  ميكرومتر ومقطع عرضي أكثر استطالة. ينتج عن ذلك حزم شبه متصلة من الألياف أو ألياف أساسية. ^{[ 3 ]}

يمكن لتصنيع الألياف الأساسية إنتاج حزم ألياف شبه متصلة يصل قطرها إلى 10 ميكرومتر. ويسمح تحسين عملية تصنيع الألياف الأساسية بالحصول على نطاق قطري ضيق لهذه الألياف، بالإضافة إلى ضبط هندسة الليف. وتتميز هذه التقنية عن تقنية قص الرقائق أو الألياف المغزولة بالصهر ، وذلك بفضل الأقطار الصغيرة التي يمكن الوصول إليها والنطاق القطري الضيق نسبيًا. ^{[ 3 ]}

يمكن أيضًا تصنيع الألياف المعدنية باستخدام عملية التمعدن . تتضمن هذه العملية تسخين المعدن حتى يتبخر، ثم ترسيبه تحت ضغط عالٍ على غشاء البوليستر. ^{[ 4 ]} تُنتج هذه العملية أليافًا أرق وأكثر مرونة ومتانة وراحة. ^{[ 9 ]}

يمكن أيضاً إزالة الألياف المعدنية من الأسلاك ( الصوف الفولاذي )، أو من الرقائق المعدنية، أو سحبها في حزم لتشكيل أسلاك ذات قطر أكبر. ^{[ 3 ]}

تُصنّع الألياف المعدنية بشكل أساسي في أوروبا. وتُعدّ شركة بيكارت متعددة الجنسيات ، التي يقع مقرها الرئيسي في بلجيكا ، أكبر منتج للألياف المعدنية وأكثرها تكاملاً على مستوى العالم، ولها مصانع في أوروبا وآسيا والأمريكتين. ^{[ 2 ]} لا تزال ثلاث شركات تُنتج الخيوط المعدنية في الولايات المتحدة. تُعدّ شركة ميتلون واحدة من الشركات المتبقية في الولايات المتحدة التي تُخزّن مجموعة واسعة من الخيوط المعدنية المُصفّحة وغير المُصفّحة. كما تُصنّع شركة برايتكس، وشركة ريكو اليابانية، وشركة هوا يونغ الكورية الجنوبية، الألياف المعدنية. ^{[ 10 ]} تُنتج الصين أيضًا الخيوط المعدنية؛ إذ تضم مدينة دونغيانغ أكثر من 100 مصنع، على الرغم من أن بعضها عبارة عن مواقع إنتاج منزلية وليست مصانع تقليدية. ومن أشهر هذه المصانع شركة سالو للخيوط المعدنية وشركة آوكي للمنسوجات. كما تُعدّ كيوتو، العاصمة السابقة لليابان، قاعدة تصنيع مهمة للخيوط المعدنية. وتُعدّ شركة صنكوكو موزعًا عالميًا للخيوط المعدنية. ^{[ 11 ]}

في عام 2020، بدأت شركة Fibrecoat، وهي شركة ألمانية ناشئة من مدينة آخن ، بإنتاج ألياف البازلت المطلية بالألومنيوم في ألمانيا.

تُصنّع شركة بيكارت الألياف المعدنية والعديد من المنتجات المشتقة منها، مثل الألياف المتصلة، والوسائط المتلبدة، والهياكل غير المنسوجة، وحبيبات البوليمر، والضفائر، والأقمشة المنسوجة، والكابلات، والخيوط، والألياف القصيرة. ومن أشهر علاماتها التجارية: بيكيبور، وبيكي-شيلد، وبيكينوكس.

تُصنّع شركة لوركس الألياف المعدنية في أوروبا منذ أكثر من خمسين عامًا. وتُنتج الشركة تشكيلة واسعة من منتجات الألياف المعدنية، بما في ذلك الألياف المستخدمة في أقمشة الملابس ، والتطريز ، والضفائر ، والحياكة، والزي العسكري، والزخارف، والحبال، والأربطة، وتزيين أسطح الدانتيل. تُغطى معظم ألياف لوركس بطبقة من البولي أميد تُغطي الخيط المعدني، ولكن يُستخدم أيضًا البوليستر والفيسكوز. كما تُعالج الألياف بمادة تشحيم تُسمى PW، وهي زيت معدني ، مما يُسهّل استخدامها. ^{[ 4 ]}

شركة ميتلون هي علامة تجارية مسجلة لشركة ميتاليك يارنز في الولايات المتحدة، وتُنتج خيوطًا معدنية منذ أكثر من ستين عامًا. تُنتج ميتلون خيوطها المعدنية عن طريق لف خيوط أحادية الشق بطرفين من النايلون. يُلف أحد طرفي النايلون باتجاه عقارب الساعة، بينما يُلف الطرف الآخر عكس اتجاه عقارب الساعة حول الخيط المعدني. يُعد النايلون الأكثر شيوعًا هو 15 أو 20 دينير، ولكن تُستخدم دينيرات أثقل لأغراض خاصة. ^{[ 10 ]}

المصدر: ^{[ 2 ]}

تُستخدم الألياف المعدنية في مجموعة واسعة من القطاعات والمجالات.

السيارات

تُستخدم الصفائح المعدنية الليفية المتلبدة في ترشيح الجسيمات في محركات الديزل والبنزين وفي مرشحات تهوية علبة المرافق .

تُصنع المواد النسيجية المقاومة للحرارة من ألياف معدنية لاستخدامها في عمليات ثني زجاج السيارات. تحمي هذه الأقمشة المصنوعة من الألياف المعدنية الزجاج أثناء عملية الثني في ظل درجات حرارة وضغوط عالية للغاية.

تُستخدم الألياف المعدنية في كابلات التسخين لتدفئة مقاعد السيارات وأنابيب الاختزال التحفيزي الانتقائي وخزانات سائل AdBlue . وتتميز كابلات التسخين المصنوعة من الألياف المعدنية بمرونة ومتانة عاليتين للغاية مقارنةً بالأسلاك النحاسية.

الفضاء الجوي

تُستخدم مرشحات الألياف المعدنية لترشيح السوائل الهيدروليكية في أنظمة الطائرات الهيدروليكية. وبالمقارنة مع وسائط الترشيح المصنوعة من الألياف الزجاجية، تتميز الألياف المعدنية بمتانة فائقة، حيث ترتبط الألياف ببعضها البعض بروابط معدنية عن طريق التلبيد، بدلاً من ربطها بمادة رابطة.

تُستخدم الصفائح المسامية المصنوعة من الألياف المعدنية المتلبدة كوسيط لتخفيف الصوت في مقصورات الطائرات، مما يقلل من أصوات نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ، وضوضاء وحدة الطاقة المساعدة .

المنسوجات التقنية

يمكن استخدام الألياف المعدنية كألياف مضادة للكهرباء الساكنة في المنسوجات، والتي يمكن استخدامها في الملابس الواقية من الكهرباء الساكنة أو الأكياس المضادة للكهرباء الساكنة .

يمكن أيضًا استخدام الألياف المعدنية للحماية من التداخل الكهرومغناطيسي (EMI).

يمكن تسخين المنسوجات المصنوعة من ألياف الفولاذ المقاوم للصدأ عن طريق تمرير التيار الكهربائي من خلالها، ويمكن استخدامها أيضًا في صناعة الملابس المقاومة للقطع (القفازات).

الترشيح

تتميز مرشحات الألياف المعدنية بمسامية عالية جدًا، مع أحجام مسام صغيرة جدًا، مما يجعلها مناسبة لمرشحات HEPA و ULPA . تُستخدم هذه المرشحات في محطات الطاقة النووية كإجراء وقائي لمنع تسرب البخار المشع.

البحرية

تُستخدم مرشحات الألياف المعدنية لتنقية وقود السفن وزيوت التشحيم.

آخر

من الاستخدامات الشائعة الأخرى للألياف المعدنية صناعة أقمشة التنجيد والمنسوجات مثل اللاميه والبروكار . كما يستخدمها الكثيرون في الحياكة والتطريز . وتُستخدم الألياف المعدنية أيضاً في صناعة الملابس، حيث تُلفّ خيوطها مع ألياف أخرى كالصوف والنايلون والقطن والألياف الصناعية لإنتاج الخيوط . ^{[ 10 ]}

تُستخدم الألياف المعدنية، بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ، في خطوط الاتصالات مثل خطوط الهاتف وخطوط التلفزيون الكبلي.

تُستخدم ألياف الفولاذ المقاوم للصدأ أيضًا في صناعة السجاد . وهي موزعة في جميع أنحاء السجاد مع الألياف الأخرى بحيث لا يمكن ملاحظتها. يساعد وجود هذه الألياف على توصيل الكهرباء، مما يقلل من الصدمات الكهربائية الساكنة. غالبًا ما تُستخدم هذه الأنواع من السجاد في أماكن استخدام أجهزة الكمبيوتر أو غيرها من الأماكن التي قد يؤدي فيها تراكم الشحنات الساكنة إلى تلف المعدات. تشمل الاستخدامات الأخرى أسلاك إطارات السيارات، وأغطية رؤوس الصواريخ، وملابس العمل مثل البدلات الواقية، وبدلات الفضاء، والقفازات المقاومة للقطع للجزارين وغيرهم ممن يعملون بالقرب من الآلات الحادة أو الخطرة.

يمكن استخدام الألياف المعدنية كألياف تقوية أو ألياف موصلة للكهرباء في المواد المركبة المقواة بالألياف.